时效制度对7005合金型材剥落腐蚀性能的影响

于金凤

（丛林集团有限公司，山东龙口265705）

时效制度对7005合金型材剥落腐蚀性能的影响

于金凤

（丛林集团有限公司，山东龙口265705）

采用电导率测试、透射电镜、腐蚀浸泡试验研究了时效工艺对7005铝合金型材微观组织和剥落腐蚀性能的影响。结果表明：较大的晶界第二相尺寸、间距，以及窄的晶界无沉淀析出带有利于腐蚀性能的提高。双级时效制度下的二级时效制度直接影响到型材的第二相形态和尺寸，进而影响型材的剥落腐蚀性能。

7005合金；剥落腐蚀；时效工艺

0 前言

7005铝合金型材常应用于制造既要有高的强度又要有高的断裂韧性的焊接结构，如交通运输车辆的桁架、杆件、容器；大型热交换器，以及焊接后不能进行固熔处理的部件；体育器材如网球拍与垒球棒[1]。然而，该合金对局部腐蚀很敏感，容易发生晶间腐蚀、剥落腐蚀等，极大地限制了其应用。剥落腐蚀是铝合金主要局部腐蚀之一，对铝合金的强度、塑性、疲劳性能等可造成极大的损害，缩短铝合金的使用寿命。因此，本文通过微观组织分析，研究时效制度对7005合金型材剥落腐蚀性能的影响，寻找可行性的途径提升型材的剥落腐蚀性能。

1 试验

1.1 样品制备

实验选用的材料为5 mm厚的7005铝合金型材，合金的化学成分如表1所示。型材经20MN挤压机挤压后在线风冷，挤压后的定尺型材在小炉进行时效处理，时效制度见表2。

表1 7005合金化学成分(质量分数／%)

表2 时效制度

1.2 性能测试及组织观察

采用电导率仪测试样品的电导率，每个试样测试5个点取平均值。

采用Tecnai G2 F20场发射扫描透射电镜观察合金的组织。通过线切割切出厚度约1 mm，然后小心地在金相砂纸上预磨成至80μm、冲下直径为3mm的圆片。用电解双喷的方法制得透射电镜样品，双喷液为硝酸∶甲醇=1∶4（体积比）的溶液，温度通过液氮控制在-20℃。

剥落腐蚀试验按照HB 5455-1990标准执行。试样工作面积为40mm×100mm，试样的中心面暴露于溶液中，其他部分用玻璃胶封住。溶液体系为234g/L氯化钠+50 g/L硝酸钾+6.5mL/L硝酸，溶液的面积容积比为20mL/cm2。浸泡48h后将试验取出观察腐蚀情况，并根据标准评定剥落等级。

2 试验结果

2.1 合金的电导率

图1所示为A、B、C三种制度下型材的电导率变化曲线。由图可知，B时效制度下型材的电导率最高，A、C制度下型材的电导率相当，明显低于B时效制度，A时效制度下电导率稍高于C时效制度。合金的电导率结果与型材的剥落腐蚀检测结果相对应。

图1 不同时效制度下合金的电导率

2.2 合金的微观组织

图2所示为A、B、C样品晶界附近的透射组织照片，观察不同时效制度下合金的微观组织。晶界第二相呈断续分布，主要为长条形和椭圆状，且晶界无沉淀析出带明显。统计多组A、B、C制度下合金第二相粒子的尺寸、晶界附近无沉淀析出带宽度，结果见表3。对比晶界第二相平均尺寸：B＞A＞C；对比无沉淀析出带平均宽度：B＜A＜C。B制度下晶界第二相的平均尺寸为114.8nm，无沉淀析出带的平均宽度为79.4nm。晶界第二相粗化，晶界第二相间的相互间距增加，晶界第二相尺寸、间距和晶界无沉淀析出带宽度的改变都会对合金的剥落腐蚀性能产生影响。晶界第二相尺寸较大、间距较大，以及窄的晶界无沉淀析出带有利于腐蚀性能的提高。

图2 不同时效制度条件下合金的TEM显微组织

表3 样品晶界附近基本信息统计

2.3 合金的剥落腐蚀性能

A、B、C试样经剥落腐蚀后的表面形貌如图3所示。A试样表面相当多的区域有明显的分层现象，且扩展到合金内部，可判断试样剥落腐蚀等级为EB；B试样表面一些区域有起皮的特征和腐蚀产物，可观察到轻微的层状腐蚀痕迹，试样表面的剥落腐蚀等级为EA。但与A试样相比，被腐蚀的区域面积减小。C试样整个表面均有明显的分层现象，大面积的剥落，且有较大的腐蚀坑，深入合金内部，此时剥落腐蚀等级到达EB+。

图3 剥落腐蚀后的试样表面形貌

3 分析与讨论

3.1 电导率

合金电导率的大小与其抗剥落腐蚀性能呈正相关关系，电导率的大小主要由合金元素、合金的固溶状态、第二相析出与分布等微观结构因素决定[2]。按Mathiessen理论，多组元合金电导率主要受合金元素在铝基体中固溶度变化的影响，固溶在铝基体中的原子引起的点阵畸变对电子的散射作用比析出的第二相引起的散射作用强得多。A、B、C三种时效制度下的型材时效前均经过相同的在线冷却处理，过饱和固溶程度相同，型材电导率变化的主要因素有两个方面：一是过饱和固溶体的分解使基体中固溶元素减少，合金电导率上升；其次是第二相粒子从过饱和固溶体中析出，使合金结构由单相变为复相，合金电导率下降。固溶原子对电导率的影响大于第二相的作用，时效过程中合金电导率会增加，不同时效制度下，电导率的变化反应铝基体固溶状态和第二相状态的变化。

3.2 晶界第二相

Al-Zn-Mg合金在时效过程中的析出按以下序列进行：过饱和固溶体→共格GP区→半共格相η′(亚稳态MgZn2)→非共格η相(平衡相MgZn2)。大量研究证明，Al-Zn-Mg合金的腐蚀敏感性与晶界析出物的特征有关[3]。剥落腐蚀本质上是晶界上优先发生腐蚀，当晶粒平行于材料表面、呈宽而长的扁平状时，由于腐蚀产物体积膨胀产生楔入力使合金产生剥落腐蚀。

A、B制度为双级时效，分先低温后高温两个阶段。在低温下主要获得GP区为主的细小沉淀相，那些能在高温时效温度下稳定存在的GP区优先成核转化为η′相，当于成核阶段；在后高温阶段，通过过渡相的沉淀和晶界结构的变化，从而获得均匀弥散的基体析出相和较大不连续的晶内析出相结构，相当于稳定化阶段[4]。双级时效使得合金的晶内和晶界析出相具有明显的长大和粗化特征，且随第二级时效的进行，晶内和晶界析出物逐渐长大，晶界析出相的分布变得更加弥散，为抗剥落腐蚀性能的提升提供了组织上的保证。

C制度分为三个阶段，第一阶段在较低的温度下进行预时效，相当于成核阶段；第二阶段高温时效，在高温下晶内的η′相又都溶解到固溶体内，晶界上连续链状析出相合并和聚集，不再连续分布；第三阶段低温时效，晶内重新析出细小弥散的部分共格η′相，晶界仍为不连续的非共格析出相。

时效工艺对合金抗剥落腐蚀性能的影响主要是因为时效工艺可改变晶界析出相的尺寸和分布，进而影响合金的抗剥落腐蚀性能。当晶界析出相呈连续网状分布时，抗剥落腐蚀性能最差；而当晶界析出相得分布呈不连续状时，抗剥落腐蚀性能较好[5]。

对比A、B、C三种制度，一级时效温度和时间均相同，影响到晶界第二相形态和尺寸的主要为二级时效制度。二级时效温度均相同，时效时间越长，晶界第二相逐渐粗化，各第二相的相互间距增加，从而剥落腐蚀程度降低。

3.3 无沉淀析出带

铝合金型材在线冷却过程中获得的过饱和空位是不稳定的，在线冷却、自然时效及人工时效时空位容易逸出晶界及其他缺陷处，结果形成从晶内到晶界的空位浓度梯度。空位有利于脱溶相形核，有利于原子扩散，促进晶核扩散式生长。因此，当晶界附近空位浓度低于一定值时，析出相不易形成，在一定条件下就导致无沉淀析出带的形成。铝合金淬火温度升高，会导致空位过饱和程度增大，近晶界区空位浓度梯度变得更陡，若在线缓慢冷却合金，则更多空位会流入晶界，导致无沉淀析出带宽度的增加。同一个合金，在相同在线淬火温度和相同淬火速率下，无沉淀析出带宽度主要受时效制度的影响。

一般认为，低温时效时，铝合金固溶体过饱和度增加，生成脱溶相的临界空位浓度降低，相应的无沉淀析出带宽度减小；高温时效时，晶界处脱溶较快，较早地析出第二相，因而吸收了附近的溶质原子，使周围基体溶质贫乏而无法析出第二相，造成无沉淀析出带[6]。在A、B、C三种制度下，B制度下无沉淀析出带宽度最小。无沉淀析出带屈服强度较低，在应力作用下塑性变形容易集中在无沉淀带内。而且，发生塑性变形的无沉淀带与其他部分相比呈阳极性，加速腐蚀的进行。

4 结论

（1）晶界第二相尺寸较大、间距较大，以及窄的晶界无沉淀析出带有利于腐蚀性能的提高。

（2）双级时效制度下的二级时效制度直接影响到型材的第二相形态和尺寸，进而影响型材的剥落腐蚀性能。

（3）合金电导率的大小与其抗剥落腐蚀性能呈正相关关系，电导率越高，抗剥落腐蚀性能越好。

[1]肖亚庆，刘静安.铝加工技术实用手册[M].北京：冶金工业出版社，2012

[2]李朝兴，徐静，李劲风，等.不同时效制度7075铝合金力学性能及腐蚀性能综合比较研究[J].铝加工，2009(5):10-16

[3]肖文强.非等温时效态7050铝合金的抗腐蚀性能研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012

[4]李芳芳.高强铝合金剥落腐蚀的研究综述[J].湖南冶金职业技术学院学报，2009，9(2):9-12

[5]杨戈.Al-Zn-Mg-Cu系铝合金抗剥落腐蚀性能研究[J].金属功能材料，2013，20(3):5-11

[6]李松瑞，周善初.金属热处理[M].长沙：中南大学出版社，2003

Influence of Aging Treatment on Exfoliation Corrosion Properties of 7005 Aluminum Alloy

YU Jin-feng
(Conglin Group Company,Longkou 265705，China)

The influences of aging treatments on the microstructure and exfoliation corrosion properties of 7005 aluminum alloy were studied using conductivity tests,exfoliation corrosion test and TEM.The results show that the larger size and spacing of the sec⁃ond phase of the grain boundary,as well as the narrow grain boundary precipitate free,are beneficial to the improvement of corrosion performance.The secondary aging system of the double stage aging system directly affects the shape and size of the second phase of the profile,and then affects the exfoliation corrosion of the profile.

7005 aluminum alloy；exfoliation corrosion；aging process

TG166.3，TG146.21

A

1005-4898(2017）05-0051-05

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.05.10

于金凤（1990-），女，山东临沂人，硕士研究生。

2017－01－20